氣化

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概述

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可持續發展主題

可再生能源主題

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閱論編

氣化反應（gasification）是轉換有機的或化石燃料的碳質物料為一氧化碳，氫氣和二氧化碳的方法。這是通過在高溫下（>700℃）時，物料不完全燃燒，並與受控量氧氣和/或水蒸氣發生的反應來實現的。所產生的氣體混合物稱為合成氣（syngas），本身是燃料。如果從生物質得到的氣化化合物，氣化反應本身與產生氣體的燃燒所產生的動力被認為是可再生能源的來源。

氣化反應的優點在於，使用合成氣可能比原燃料的直接燃燒更有效，因為它可以在較高的溫度被燃燒，甚至在燃料電池中被燃燒，以使由卡諾定理定義效率的熱力學上限更高或（在燃料電池中的情況下）不適用。合成氣可能直接在燃氣內燃機中被燃燒，被用於產生甲醇和氫，或通過費托合成方法被轉化為合成燃料。氣化也可以開始使用本來會將被丟棄的材料，例如生物降解垃圾。另外，高溫工藝精煉出腐蝕性的灰渣元素如氯化物和鉀，允許從來自存在問題燃料生產出清潔的合成氣產品。化石燃料的氣化目前被廣泛使用以工業規模生產電力。

歷史 帶有煤氣氣體發生器的阿德勒外交官 3汽車（1941年）

採用氣化法生產能源的工藝過程已使用超過180年。在早期，煤炭和泥炭被用來驅動這些工廠。最初是為了在19世紀製造用於照明和烹飪的城鎮煤氣而開發的，它被電力和天然氣所取代，它也被用在高爐中，但是自從1920年代在生產合成化學品方面發揮了更大的作用。

在兩次世界大戰中，特別是第二次世界大戰中，由於石油短缺，通過氣化生產燃料的需要再次出現了。被稱為Gasogene或Gazogène的木煤氣發生器被用於驅動歐洲的汽車。到1945年，有由氣化反應驅動的卡車，公共汽車和農業機械。據估計，世界各地有近90萬輛汽車使用發動機燃氣。

當前應用

合成氣可以用於熱產生和用於產生機械和電力。與其他氣體燃料一樣，與固體燃料相比，氣化反應煤氣對功率水平的控制更大，從而實現更高效和更清潔的運行。

合成氣還可用於進一步加工成液體燃料或化學品。

供熱

氣化器為供熱應用提供了靈活的選擇，因為它們可以改裝到現有的燃氣裝置中，例如烤爐，爐，鍋爐等，其中合成氣可以代替化石燃料。合成氣的熱值通常為約4-10 MJ/m3。

電力

目前，工業規模氣化主要用於從化石燃料（例如煤）產生電，其中合成氣在燃氣輪機中燃燒。氣化也在工業上用於使用整體煤氣化聯合循環（IGCC）生產電，氨和液體燃料（油），具有為燃料電池產生甲烷和氫的可能性。與常規技術相比，IGCC也是更有效的CO2捕集方法。IGCC示範工廠自1970年代初開始運行，並且在1990年代建造的一些工廠現在正在進入商業服務。

熱電聯產

在木材來源可持續的小型企業和建築應用中，250-1000千瓦和在歐洲安裝了新的零碳生物質氣化廠，從木材生產無焦煤合成氣，並在與熱回收發電機連接的往復式發動機中燃燒 。 這種類型的工廠通常被稱為木材生物質熱電聯產(CHP)單元，但是工廠具有七個不同過程：生物質加工，燃料輸送，氣化，氣體清潔，廢物處理，發電，和熱回收。

運輸燃料

柴油引擎可以使用發生爐煤氣（Producer gas）在雙燃料模式下運行。 很容易實現柴油在高負荷時的80％以上和正常負荷下70-80％的替代率。火花點火引擎和固態氧化物燃料電池可以使用100％的氣化氣體。來自發動機的機械能可用於例如驅動用於灌溉的水泵或與用於耦合發電的交流發電機。

雖然小型氣化爐已經存在了100多年，但獲得即用型機器的來源卻很少。 小型設備通常是DIY項目。 但是，目前在美國，有幾家公司提供氣化爐來運行小型引擎。

可再生能源和燃料 位於奧地利布爾根蘭州居興市，流化床氣化與費托合成試點工廠，利用木屑生物質（2006年）

原則上，氣化可以從幾乎任何有機材料進行，包括生物質和塑料廢物。所得合成氣可以燃燒。或者，如果合成氣足夠乾淨，則其可用於燃氣發動機，燃氣渦輪機或甚至燃料電池中的發電，或通過甲醇脫水有效地轉化為二甲醚（DME），通過薩巴捷反應（Sabatier reaction）轉化為甲烷，或通過費托合成（Fischer–Tropsch process）轉化為類似柴油的合成燃料。在許多氣化過程中，輸入材料的大多數無機組分，例如金屬和礦物質，保留在灰分中。 在一些氣化過程（成渣氣化）中，該灰分具有低瀝濾性質的玻璃狀固體的形式，但是在成渣氣化中的淨功率產生低（有時是負的）並且成本更高。

目前有幾個工業規模的生物質氣化廠。

來源

• 氣化反應

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